USOS DEL SOFTWARE ANSYS EN EL CÁLCULO DE PROPIEDADES EFECTIVAS Y LA SIMULACIÓN DEL PROCESO DE SINTERIZADO DE CERÁMICOS

Héctor Camacho Montes Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

Colaboradores

• UACJ: Dr. Javier S Castro Carmona, Dra. Perla E. García Casillas

• CIMAV: Dr. Gerardo G. Nava Gómez, Dr. Luis E. Fuentes Cobas

• CTI – Interceramic: Dr. Armando García Reyes • Clemson University: Dr. Rajendra K. Bordia • UNAM: Dr. Federico J. Sabina • UH: Dr. Reinaldo Rodríguez Ramos, Julián

Bravo, Raúl Guinovart

Cálculo de propiedades efectivas

Materiales Compuestos

Aplicaciones

Aplicaciones

Métodos teóricos

• Métodos Autoconsistentes y Homogenización Asintótica (Más para físicos y matemáticos)

Modelación multifísica – multiples escalas

Propiedades efectivas (Gerardo Nava)

Gerardo Nava José Piñón

Matriz epóxica LY558 con fibras de carbono Modmov Resina fenólica con fibras de

carbono de diámetro 7 µm

Propiedades efectivas (Alejandro Muñoz)

EBSD VRA

σ11 ε11

Propiedades efectivas

Menos laminada Más laminada

Interfase Tipo de frontera de grano: Ángulo grande Ángulo de desorientación: 43.60 Dirección de desorientación: <0 -2 -1>

Orientación de granos vecinos Grano izquierdo: <-1 0 3> Grano derecho: <1 -1 1>

nanopartículas de Cu

Propuesta para generación 2012

• 3D – EBSD Propiedades efectivas

Simulación del proceso de sinterizado de cerámicos

Relaciones macroscópicas

0...

=∂∂

+∇•∇=

∇•+∂∂

j

ijTcm x

qTKTvtTc

σρ

( )[ ]( )[ ]( )[ ]

TE

E

E

f

yxozfz

xzoyfy

zyoxfx

∆=

+−+=

+−+=

+−+=

−

−

−

αε

σσνσεε

σσνσεε

σσνσεε

10

10

10

Ecuaciones Gobernantes

Relaciones constitutivas Analogía visco-elástica

ff

p

p

ijij

EE

.

0

0

.

εε

νν

εε

⇔

⇔

⇔

⇔

R.K. Bordia y G.W. Scherer 1988

t

T T1 T2 T1 T2 > T1

( )33221131 σσσσ

σδσ

++=

−= ijijijs

Gradiente de temperatura Densidad Relativa vs Tiempo de cocción

Perfil de los esfuerzos Modelo en Elementos Finitos = Cuerpo Cerámico

Densificación y deformaciones

1000 0C 1100 0C

Temperature Gradient Relative Density on Firing Time

Stress profiles Finite Element Model = Ceramic body

Hot-pressing and Hot-forging

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

Gel derived Sodium Borosilicate glass 25 MPa 675 0C

Alumina 7MPa 1450 0C

S-I-aS-II-aR-I-aR-II-aK-M-I-aK-M-II-a

Rela

tive

dens

ity

Sintering time (s)

Dependencia de la densidad relativa en función del tiempo de cocción

0 50 100 150 200

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Rela

tive

dens

ityt (min)

Temperature 675 0C 625 0C

Sistema de Forja en Caliente

¿Por qué Forja en Caliente?

nat

ii

ipiE

⋅⋅

−=

εε

σnat

ii

jjpij ⋅⋅

⋅⋅

−

−=

εε

εεν

nat

Sistema de Forja en caliente o dilatómetro de carga de alta precisión

Two different materials (750 0C)

0 1 2 3 4 5 6 70.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Ceramic Metal

Rela

tive

dens

ity

Normalized time

Sam Salamone, Ph.D. Thesis, University of Washington

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4 Ceramic Metal

Unia

xial v

iscos

ity (x

1010

Pa

s)Relative density

Constrained sintering

Bi-laminar cerámico